DE1156581B - Ionisationsmanometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ionisationsmanometer, in dem ein Elektronenbündel von einer Kathode zu einer Anode durch die Öffnungen zweier Blenden verläuft, zwischen denen es das zu messende Gas ionisiert, und von einem Magnetfeld derart zusammengehalten wird, daß keine Elektronen auf die Ränder dieser Blendenöffnungen auftreffen, und in dem seitlich des Elektronenbündels zwischen den Blenden eine Kollektorelektrode, welche die Ionen des zu messenden Gases auffängt, in bezug auf die Öffnung der letzten Blende derart angeordnet ist, daß keine geraden Linien zwischen dem von den Elektronen getroffenen Oberflächenteil der Anode und der Kollektorelektrode gezogen werden können, und in dem andererseits Maßnahmen getroffen sind, die verhindern, daß aus der Anode frei werdende Ionen auf die Kollektorelektrode auftreffen.

Es sind verschiedene Ausführungsformen von Ionisationsmanometern bereits bekannt. In einem bekannten Ionisationsmanometer ist die Kollektorelektrode zylindrisch und umgibt das Elektronenbündel, oder sie ist eine Platte, die anderen flachen Elektroden gegenübersteht, und es besteht ein Spannungsunterschied zwischen diesen Elektroden. In einem anderen bekannten Ionisationsmanometer ist die Anode als Hohlanode ausgebildet, so daß durch die auftreffenden Elektronen frei werdende Ionen in einen feldfreien Raum geraten und daher die Hohlanode kaum verlassen können, und außerdem hat die Anode eine schwach negative Spanung in bezug auf die Blenden, durch welche die Elektronen in die Anode treten. Hierdurch wird verhindert, daß von der Anode frei werdende Ionen zur Kollektorelektrode gezogen werden und das Meßergebnis verfälschen.

In anderen bekannten Manometern ist die Anode ein Gitterkäfig, innerhalb dessen ein dünner Draht als Ionenkollektor aufgestellt ist. Eine Glühkathode ist außerhalb des Anodenkäfigs aufgestellt. Die untere Meßgrenze wird bestimmt durch den Röntgeneffekt, der folgendermaßen zu erklären ist. Die auf die Anode treffenden Elektronen erzeugen beim Auftreffen eine sehr weiche Röntgenstrahlung, welche auch den Ionenkollektor trifft. Die auftreffenden Röntgenstrahlen setzen Elektronen auf dieser Elektrode frei und täuschen dadurch einen Ionenstrom vor, der die Meßergebnisse verfälscht. Da der am Kollektor auftretende Elektronenstrom von der Oberflächenbeschaffenheit abhängt, welche sich mit der Gasbedeckung ändert, kann dafür keine konstante Korrektür angebracht werden.

Es ist bereits ein Ionisationsmanometer bekannt, in

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Dipl.-Phys. Dr. Anton Martin Klopfer, Aachen,
ist als Erfinder genannt worden

dem die Kollektorelektrode an der von der Kathode abgewandten Seite der Anode im Schatten der Anode selbst oder einer weiteren, für Röntgenstrahlung und die Strahlung der Kathode undurchlässigen Elektrode angeordnet ist, so daß sie nicht von der von der Anode ausgehenden schwachen Röntgenstrahlung und von der sichtbaren oder thermischen Strahlung der Kathode getroffen werden kann. In einer anderen bekannten Vorrichtung ist die Kollektorelektrode seitlich des Elektronenbündels derart angeordnet, daß sie durch eine Blende, durch deren Öffnung der Elektronenstrahl zur Anode durchtritt, gegen von der Anode ausgehende Röntgenstrahlung abgeschattet ist. Bei diesen Anordnungen werden aber nicht nur die im Gas gebildeten, sondern auch die aus der Anode frei werdenden Ionen zur Kollektorelektrode gezogen. Die Erfindung bezweckt nun, diesen Nachteil zu vermeiden und Maßnahmen anzugeben, durch die der Meßbereich eines Ionisationsmanometers gegenüber dem der bekannten Manometer erheblich erweitert wird. Die erfindungsgemäße Maßnahme besteht darin, daß zwischen der Anode und der letzten Blende eine so hohe Spannung angelegt wird, daß die Geschwindigkeit der aus der Anode frei werdenden Ionen genügt, um sie unter Einfluß des bündelnden Magnetfeldes in Richtung auf die Kathode zu treiben. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird verhindert, daß aus der Anode frei werdende Ionen zum Kollektor gezogen werden, auch wenn der Kollektor gegenüber der Blende eine negative Spannung hat. Die Röntgengrenze, die durch den oben beschriebenen Röntgeneffekt gegeben ist, ist in an sich bekannter Weise dadurch beseitigt, daß die von den Elektronen getroffene Anode den Ionenkollektor nicht »sehen« kann, so daß an der Anode entstehende

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Röntgenstrahlen aus dem Kollektor keine Elektronen frei machen können.

In einer vorteilthaften Ausführungsform der Erfindung wird der Raum, in welchem die Ionisierung stattfindet, mit Ausnahme der Kollektorelektrode völlig von miteinander verbundenen Elektroden umschlossen, so daß keine Störungsfelder die Messung beeinflussen können.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der in

Fig. 1 das teilweise geöffnete Elektrodensystem eines Ionisationsmanometers dargestellt ist und

Fig. 2 eine einfache Schaltung mit einem solchen Elektrodensystem zeigt.

In Fig. 1 ist die als flaches Band ausgebildete Glühkathode 1 durch zwei mit Öffnungen versehene Blenden 2 und 3 von einem Metallkasten mit (in Richtung des Elektronenbündels gesehen) der Vorder- und der Rückwand 4 und 5, den Seitenwänden 6 und 7 und der oberen Wand 8 getrennt. Durch eine Öffnung 9 in der Rückwand 5 tritt das von der Kathode 1 ausgehende Elektronenbündel (die Wand 4 hat auch eine Öffnung) aus dem kastenförmigen Raum heraus und trifft auf die Anode 10. Die flache Kollektorelektrode 11 wird von einem Stab 12 getragen und ist durch eine flache Platte 13 und den mit ihr verbundenen Zylinder 14 abgeschirmt.

In Fig. 2 ist das Elektrodensystem in einem Schnitt parallel zur Richtung des Elektronenbündels und des Magnetfeldes (angedeutet durch einen Pfeil 15) gezeigt. Das Elektronenbündel trifft auf den Teil 16 der Anode 10 auf, und wie durch die dünn ausgezogene Linie 17 gezeigt wird, können von diesem Teil 16 aus durch die Öffnung 9 hindurch keine geraden Linien zur Kollektorelektrode 11 gezogen werden. Die Kollektorelektrode ist unter Zwischenschaltung des Gleichstromverstärkers 18, welcher mit den erforderlichen Meß- und Registrierinstrumenten versehen sein kann, geerdet. Die Glühkathode 1 erhält eine positive Spannung von etwa 30 V gegenüber Masse aus der Batterie 19. Die Heizbatterie ist mit 20 angedeutet. An der Blende 2 ist mittels des Potentiometers 21 eine negative Spannung bis zu etwa 30 V gegenüber der Kathode einstellbar. Die Blende 3 erhält aus der Batterie 22 mittels des Potentiometers 23 eine positive Spannung gegenüber Masse von maximal 200 V. Der aus den Elektroden 4 bis 8 bestehende Kasten erhält aus der Batterie 24 mittels des Potentiometers 25 eine positive Spannung gegenüber Masse von 150 V und die Anode 10 mittels des Potentiometers 26 eine positive Spannung von 250 V.

Aus der Anodenoberfläche 16 frei gemachte Ionen haben beim Eintreten durch die Öffnung 9 eine Geschwindigkeit, die einer Energie von etwa 100 eV entspricht, so daß sie sich unter dem Einfluß des Magnetfeldes in der Richtung zur Kathode bewegen und nicht von der Kollektorelektrode 11 abgelenkt werden. Die Stärke des Magnetfeldes beträgt etwa 600 bis 1000 Gauß. Die obere Grenze des meßbaren Druckes beträgt bei Abmessungen des Ionisierungsraumes, die mit einem Würfel von etwa 25 mm Kantenlänge übereinstimmen, etwa 10~² Torr. Die untere Meßgrenze liegt bei 10~¹⁴ Torr.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Ionisationsmanometer, in dem ein Elektronenbündel von einer Kathode zu einer Anode durch die Öffnungen zweier Blenden verläuft, zwischen denen es das zu messende Gas ionisiert, und von einem Magnetfeld derart zusammengehalten wird, daß keine Elektronen auf die Ränder dieser Blendenöffnungen auftreffen, und in dem seitlich des Elektronenbündels zwischen den Blenden eine Kollektorelektrode, welche die Ionen des zu messenden Gases auffängt, in bezug auf die Öffnung der letzten Blende derart angeordnet ist, daß keine geraden Linien zwischen dem von den Elektronen getroffenen Oberflächenteil der Anode und der Kollektorelektrode gezogen werden können, und in dem andererseits Maßnahmen getroffen sind, die verhindern, daß aus der Anode frei werdende Ionen auf die Kollektorelektrode auftreffen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Maßnahmen darin bestehen, daß zwischen der Anode und der letzten Blende eine so hohe Spannung angelegt wird, daß die Geschwindigkeit der aus der Anode frei werdenden Ionen genügt, um sie unter Einfluß des bündelnden Magnetfeldes in Richtung auf die Kathode zu treiben.

2. Ionisationsmanometer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, in welchem die Ionisierung stattfindet, völlig von miteinander verbundenen Elektroden mit Ausnahme der Kollektorelektrode umschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 753159, 843 313; Philips' Technische Rundschau, 17. Jahrgang, H. 3 (1955), S. 107 bis 112;
Vacuum, Vol. 11, Nr. 3 (1961), S. 151 bis 156.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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